[发明专利]一种氮掺杂活性炭催化剂及其在氯乙烯合成中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及乙炔氢氯化反应中的活性炭催化剂，具体涉及一种氮掺杂活性炭催化剂及其在氯乙烯合成中的应用。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)是全球第二大通用树脂，产量仅低于聚乙烯(PE)，世界年生产量超过了4000万吨。

聚氯乙烯合成的关键技术是氯乙烯单体的合成。氯乙烯单体生产最早实现工业化的是乙炔和氯化氢气体在活性炭负载氯化汞催化剂作用下进行加成反应的工艺技术。该工艺由于使用氯化汞做催化剂，存在严重的汞污染问题。石油裂解制乙烯工艺成熟后，国外改用乙烯法制氯乙烯，并在上世纪80年代基本淘汰了乙炔法氯乙烯的生产工艺。我国由于乙烯资源紧张而电石资源丰富，PVC生成仍以乙炔法为主，但随着乙炔法产能的不断扩大，使用氯化汞做催化剂带来巨大的环境污染压力，2013年10月10日，联合国环境规划署通过了旨在全球范围内控制和减少汞排放的国际公约《水俣公约》，规定2020年前禁止制造和进出口含汞类产品、并对工业生产过程中的汞排放都进行了相应的规定。由此可见，开发无汞催化剂对我国电石法PVC行业的生存和发展具有重要的意义。

国内外学者对无汞催化剂做了大量研究，对催化剂活性组分和催化剂的载体都分别进行了很多报道。对活性组分的研究最早主要是贵金属为主，主要是金和铂，将金和铂的盐浸渍在活性炭上得到贵金属催化剂，这些催化剂催化活性高，但是成本高难以实现工业化应用而且容易失活。近几年主要是研究以贵金属金和其它过渡金属或一些贱金属复合制备双组份催化剂，提高金属催化剂的稳定性，但是总得来说收效不是很大。还有一些学者研究以铜、锡等碱金属为活性组分负载在活性炭载体上，总体来说活性不是很高。对于载体的研究主要有活性炭、碳化硅、氧化铝等，以及对活性炭载体的改性包括氮改性等等。

随着人们环保意识提高以及对矿产资源节约开发要求提高，开发绿色环境友好催化剂和催化工艺对于聚氯乙烯行业的发展非常重要。

发明内容

本发明的目的是，提供一种氮掺杂活性炭催化剂及其在氯乙烯合成中的应用，解决现有技术乙炔氢氯化反应中的催化剂对环境污染严重的技术问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种氮掺杂活性炭催化剂，该氮掺杂活性炭催化剂通过如下步骤制备获得：

步骤1，将含氮化合物加入水中溶解得到氮化合物水溶液，所述氮化合物在水中的浓度为0.07～145.5g/L；

步骤2，将活性炭加入前述氮化物溶液中浸渍；

步骤3，前述浸渍后的活性炭干燥后，在氮气氛中于400～800℃下煅烧4～8小时，制得所述氮掺杂活性炭催化剂。

优选地，所述氮化合物选自氨水、吡啶、三聚氰胺、尿素、吡咯、咪唑、丙烯酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

优选地，所述活性炭选自煤基活性炭、椰壳活性炭、果壳活性炭中的一种或多种。

优选地，所述氮化合物的用量与活性炭质量的百分比为0.01％～50％。

本发明还提供了所述的氮掺杂活性炭催化剂在催化乙炔和氯化氢反应生成氯乙烯中的应用。

优选地，所述氮掺杂活性炭催化剂的催化反应温度为150～250℃，空速10～150h^-1。

本发明还提供了另一种氮掺杂活性炭催化剂，该氮掺杂活性炭催化剂通过如下方法制备获得：将活性炭置于管式炉中，500～800℃下以75～100mL/min通入氨气，持续8～12小时，制得所述氮掺杂活性炭催化剂。

本发明还提供了所述氨气法制得的氮掺杂活性炭催化剂在催化乙炔和氯化氢反应生成氯乙烯中的应用。

优选地，所述氮掺杂活性炭催化剂的催化反应温度为200～250℃，空速20～60h^-1。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1，本发明将活性炭浸渍在含氮化合物溶液中浸渍、干燥和高温碳化得到氮掺杂催化剂；或者将活性炭置于管式炉中，高温下通入氨气，制得所述氮掺杂活性炭催化剂。该催化剂相对于负载金属离子的活性炭催化剂更加绿色环保。

2，本发明制得的氮掺杂活性炭催化剂在催化乙炔和氯化氢反应合成氯乙烯中，具有很好的催化性能，乙炔转化率很高，氯乙烯选择性接近100％。

具体实施方式

以下通过具体实施例来详细说明本发明的技术方案。本发明中所用的原料和试剂均市售可得。

实施例1